Projetos Mecânicos Utilizando Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) e Simulação Monte Carlo

Conceitos Básicos
 
 

O sistema cartesiano, que ainda é ensinado nas faculdades de engenharia e praticado pelas empresas na-cionais, está obsoleto porque aumenta o custo dos produtos. Para que os produtos industriais brasileiros sejam competitivos é necessário que os engenheiros utilizem as modernas ferramentas de projetos que estão sendo aplicadas nos países industrializados. A norma QS-9000 contem a relação destas ferramentas.
 
 

A publicação da norma QS-9000 foi uma iniciativa da General Motors, Ford e Chrysler com o objetivo de fabricar produtos competitivos. Ela contém o que há de melhor na prática da engenharia automobilística americana. Seus conceitos são absolutamente gerais e podem ser utilizados pelos demais segmentos industriais, principalmente as ferramentas de engenharia, dentre as quais se encontra o GD&T.
 
 

O GD&T é a nova ferramenta de cotação que substituiu o sistema cartesiano. Ele trabalha em parceria com a simulação Monte Carlo. O GD&T define as tolerâncias dimensionais e geométricas dos componentes e a simulação Monte Carlo as ajusta segundo o critério de qualidade descrito a seguir.
 
 

O critério de qualidade adotado pela norma QS-9000 é o controle dos processos. Por exemplo, as polias do motor ao lado devem ser paralelas. Não basta estabelecer isoladamente as tolerâncias dimensionais e geométricas dos componentes, porque esta característica é uma cota resultante, que depende das tolerâncias dos demais componentes e do processo de montagem. Segundo a norma acima citada, é necessário ajustá-las de tal modo que se obtenha um índice de capabilidade Cp>1,67.

Stanley Parker, pressionado pelo esforço de guerra, provocou uma grande controvérsia ao realizar uma experiência inédita. Montou produtos que funcionaram bem utilizando peças reprovadas na inspeção. Ele constatou que a característica crítica na montagem dos produtos é o afastamento em relação ao centro (true position), portanto o campo de tolerância deve ser circular e não quadrado. O sistema cartesiano utiliza campos de tolerância quadrados e reprova as peças cujos centros dos elementos se localizam na zona hachurada, provocando um grande desperdício, uma vez que a área do círculo é 57% maior que a do quadrado inscrito.
 

Stanley Parker concluiu que as peças reprovadas, na verdade, eram peças boas. O que estava errado era o conceito de peça ruim. Assim nasceu o GD&T, que utiliza campos de tolerâncias cilíndricos. Esta foi a primeira alteração sofrida pelo sistema cartesiano, 300 anos após a sua criação.
 
 

Ao longo do tempo diversos novos conceitos foram incorporados ao GD&T, como os princípios de máximo e mínimo material, a condição de independência, a zona de tolerância projetada, as zonas de tolerâncias compostas, os datuns, etc. No estágio atual o GD&T é composto de 290 regras, cuja aplicação é normalizada pelas associações de normas técnicas dos diversos países, algumas delas citadas adiante. Na última revisão da norma técnica americana, ASME Y14.5, 1994, houve mais de 100 alterações, e outras tantas estão em vias de acontecer.
 

Para projetar produtos competitivos os engenheiros e técnicos precisam constantemente atualizar os seus conhecimentos de GD&T. Os softwares de CAD ajudam a elaborar os modelos e desenhos, mas a cotação, que é a parte mais sensível dos projetos devido ao impacto na qualidade e no custo, continua a ser feita pelo cérebro humano.
 

Nos Estados Unidos a ASME (American Society of Mechanical Engineers) realiza periodicamente um "provão de GD&T". As empresas treinam os seus profissionais e os incentivam a obter a certificação. Dentro em breve isto se tornará uma exigência que fatalmente atingirá as empresas brasileiras.
 

Visite o site http://www.mw.eng.br para fazer um teste de GD&T nos moldes do provão da ASME.
 
 

A ferramenta ideal para calcular os índices Cp/Cpk é a simulação Monte Carlo. Ela executa a montagem virtual de um grande número de conjuntos, combina aleatoriamente os valores das tolerâncias dos componentes (reproduz o que acontece na linha de montagem) e fornece o histograma da distribuição, os índices de capabilidade Cp/Cpk, e a relação das tolerâncias que mais contribuem para a variação das características funcionais. Esta atividade deve ser realizada na engenharia, na fase de desenvolvimento do produto, antes da fabricação do ferramental.

Visite o site http://www.mw.eng.br
 
 

A simulação Monte Carlo também relaciona as tolerâncias pela sua ordem de importância e identifica as principais responsáveis pela qualidade do produto (Key Characteristics). Esta informação é muito importante porque coloca em evidência os processos mais sensíveis.
 
 

As tolerâncias não identificadas como características chave devem ser alargadas ao máximo para reduzir o custo. O conjunto final de tolerâncias é a solução de compromisso ideal entre custo e qualidade, capaz de atender aos índices de capabilidade especificados.
 
 

Relação dos Benefícios Obtidos
 

• No desenvolvimento de novos produtos os benefícios decorrentes da utilização do GD&T e da simulação Monte Carlo são a redução do "time to market" e a eliminação por completo das onerosas modificações no ferramental decorrentes de problemas dimensionais não resolvidos na fase de projeto.

• Nas operações de produção o emprego do GD&T reduz o custo direto dos produtos pelos seguintes motivos:
• Utiliza campos de tolerâncias 57% maiores.
• Elimina o sucateamento de peças boas.
• Garante ZERO DEFEITO dimensional na fabricação dos componentes devido a utilização de calibres calibres funcionais, um conceito exclusivo do GD&T.

• Nas relações entre clientes e fornecedores o GD&T elimina as controvérsias porque é uma linguagem que não deixa margem a ambigüidades.

Informações adicionais
 
 

NBR 6409, Associação Brasileira de Normas Técnicas.
 

ASME Y14.5M 1994, American Society of Mechanical Engineers, USA.
 

BS 308, Parts 2 e 3, British Standards Institution.
 

CSA B78.2, Canadian Standards Association.
 

NF E 04-552 ENR, AFNOR, France.
 

ISO 1101, 5458, 5459, 2692,2692 DAM I, 10578 e 2768-2, Internacional.
 
 

GEO-METRICS III, Lowell W. Foster
 

FUNDAMENTALS OF GD&T, Alex Krulikowski
 

INTERPRETATION OF GD&T, Daniel E. Puncochar
 

ENGINEERING DRAWING AND DESIGN, David A. Madsen
 

DIMENSIONING, TOLERANCING, AND GAGING APPLIED, Gary Gooldy